專利名稱：大功率工作時(shí)揚(yáng)聲器單元諧振頻率溫度漂移特性測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)揚(yáng)聲器單元諧振頻率的檢測(cè)，用于評(píng)價(jià)及改善揚(yáng)聲器單元大功率工作時(shí)的性能；尤其是揚(yáng)聲器單元諧振頻率溫度漂移特性的模型公式、測(cè)定與預(yù)測(cè)。
背景技術(shù)：
<一>測(cè)量大功率工作條件下?lián)P聲器單元諧振頻率的溫度漂移特性的意義諧振頻率是揚(yáng)聲器單元的基本參數(shù)，對(duì)揚(yáng)聲器單元的性能與效果起決定性作用。諧振頻率由揚(yáng)聲器單元振動(dòng)系統(tǒng)的等效力順和等效振動(dòng)質(zhì)量決定，其中等效振動(dòng)質(zhì)量近似恒定，等效力順則會(huì)隨音圈位移、外界條件變化而變化。迄今為止，關(guān)于振動(dòng)系統(tǒng)力順的研究多限于力順隨音圈位移變化而變化的線性度。在考慮外界條件的影響時(shí)，力順由定心支片和折環(huán)共同決定，通常認(rèn)為這二者的彈性系數(shù)都受大氣的溫度和濕度影響，可在不同的環(huán)境條件下測(cè)定。在重放小信號(hào)、揚(yáng)聲器單元內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度相差很小的情況下，振動(dòng)系統(tǒng)的力順可認(rèn)為等于環(huán)境溫度下測(cè)定的值。但在很多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，揚(yáng)聲器單元在相對(duì)較大的信號(hào)下長(zhǎng)時(shí)間工作，這時(shí)揚(yáng)聲器單元內(nèi)部溫度升高，定心支片彈性系數(shù)減小，順性增大，雖然折環(huán)由于離熱源音圈較遠(yuǎn)順性變化較小，但振動(dòng)系統(tǒng)的力順已發(fā)生顯著變化，從而導(dǎo)致單元的諧振頻率發(fā)生較大偏移。因此測(cè)量大功率工作條件下?lián)P聲器單元諧振頻率的溫度漂移特性就很有必要，可用于評(píng)價(jià)及改善揚(yáng)聲器單元大功率工作時(shí)的性能。
現(xiàn)有的常規(guī)電聲測(cè)量方法和儀器均未考慮也不具有測(cè)量揚(yáng)聲器單元大功率工作條件下諧振頻率的溫度漂移特性的功能。
<二>現(xiàn)有技術(shù)或方法有關(guān)揚(yáng)聲器單元定心支片力順的研究，已經(jīng)開(kāi)展的工作主要有A)Steven Hutt.”Loudspeaker Spider Linearity”(揚(yáng)聲器定心支片的線性，第108次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The 108th Convention ofthe Audio Engineering Society，Paris，2000.Preprint 5159)比較了幾種不同幾何結(jié)構(gòu)和不同材質(zhì)的定心支片，提出采用漸變的起伏波紋提高定心支片力順的線性。
B)Hiroshi Watanebe.”Improvement of Suspension Linearity in Loudspeakers byMeans of Biased Suspension”(利用偏置式結(jié)構(gòu)提高揚(yáng)聲器懸掛系統(tǒng)的線性，第79次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The 79th Convention ofthe Audio Engineering Society，New York，1985.Preprint 2283)提出了在揚(yáng)聲器單元中采用雙定心支片斜裝結(jié)構(gòu)，可以增加定心支片力順的線性，減小二次、三次諧波失真。
這些工作都僅限于研究如何改善定心支片的力順隨音圈位移變化的線性度，并未考慮到大功率工作條件下定心支片由于附近空氣溫度升高而產(chǎn)生力順變化。
C)Steven Hutt.“Ambient Temperature Influences on OEM Automotive Loudspeakers”(環(huán)境溫度對(duì)OEM汽車(chē)揚(yáng)聲器的影響，第112次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The112th Convention of the Audio Engineering Society，Munich，2002.Preprint 5507)利用Klippel失真分析儀和恒溫箱測(cè)量了環(huán)境溫度對(duì)汽車(chē)揚(yáng)聲器單元參數(shù)的影響，比較了不同環(huán)境溫度下測(cè)得的單元參數(shù)，主要是單元的諧振頻率和振動(dòng)系統(tǒng)的彈性系數(shù)(即力順的倒數(shù))。
該論文考慮的是揚(yáng)聲器所處環(huán)境的溫度對(duì)揚(yáng)聲器單元性能的影響，并未考慮到大功率工作條件下定心支片附近空氣的溫度升高對(duì)單元性能產(chǎn)生的改變。
D)Wolfgang Klippel.“Dynamical Measurement of Loudspeaker Suspension Parts(揚(yáng)聲器單元部件的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，第117次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)The 117thConvention of the Audio Engineering Society，San Francisco，2004.Preprint 6179)提出了一種專用的裝置來(lái)測(cè)量揚(yáng)聲器單元紙盆、定心支片和折環(huán)的力順；指出通常測(cè)得的力順只是一個(gè)有效平均值，小信號(hào)時(shí)近似恒定，大信號(hào)時(shí)的定心支片力順值隨音圈位移的變化而產(chǎn)生非線性變化，此時(shí)的諧振頻率也相應(yīng)發(fā)生改變。
該論文已經(jīng)注意到振動(dòng)系統(tǒng)彈性系數(shù)曲線會(huì)隨電壓增大或單元工作時(shí)間變長(zhǎng)而產(chǎn)生“不規(guī)則的變化”(Irregular Variations)，但僅給出猜測(cè)性解釋，認(rèn)為是由于材料伸縮變形以及老化等原因造成的。本發(fā)明的內(nèi)容可對(duì)上述現(xiàn)象作出定性定量的解釋，并由此推算出單元諧振頻率的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)大功率工作條件下?lián)P聲器單元諧振頻率的溫度漂移公式，利用常規(guī)的測(cè)溫設(shè)備和電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)定大功率工作條件下諧振頻率的溫度漂移特性，并據(jù)此預(yù)測(cè)音圈溫度和定心支片表面溫度變化時(shí)的諧振頻率漂移。
本發(fā)明方法基于下述機(jī)理已知揚(yáng)聲器單元的振動(dòng)系統(tǒng)彈性系數(shù)由定心支片與折環(huán)共同貢獻(xiàn)，大功率條件下定心支片表面溫度將隨附近空氣溫度升高而升高，導(dǎo)致定心支片變軟，順性增大，彈性系數(shù)下降，因此振動(dòng)系統(tǒng)的彈性系數(shù)溫度漂移公式為kms＝ksp+ksu＝ksp0+αspΔTs+ksu＝(ksp0+ksu)+αspΔTs＝kms0+αspΔTs據(jù)此，單元諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的公式為fs=12πMmsCms=kms2πMms=kms0+aspΔTs2πMms=fs01+βspΔTs]]>本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的測(cè)定揚(yáng)聲器單元大功率工作條件下諧振頻率的溫度漂移特性的方法，根據(jù)揚(yáng)聲器單元諧振頻率的溫度漂移公式，用常規(guī)的測(cè)溫儀器檢測(cè)定心支片表面溫度和用電聲頻率和功率測(cè)量?jī)x器測(cè)定諧振頻率隨定心支片表面和音圈溫度變化的溫度漂移特性，獲得諧振頻率隨音圈溫度變化的溫度漂移特性，進(jìn)而可預(yù)測(cè)不同音圈溫度和定心支片表面溫度下的諧振頻率。
所依據(jù)的揚(yáng)聲器單元諧振頻率隨上述定心支片表面溫度變化的溫度漂移公式fs=fs01+βspΔTs]]>用常規(guī)的測(cè)溫設(shè)備和電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)量、擬合計(jì)算出諧振頻率隨定心支片表面溫度和音圈溫度變化的溫度漂移系數(shù)。
并利用測(cè)量、計(jì)算后得出的溫度漂移系數(shù)和在環(huán)境溫度下重放小信號(hào)時(shí)測(cè)得的諧振頻率計(jì)算預(yù)測(cè)不同定心支片表面溫度和音圈溫度下的揚(yáng)聲器單元諧振頻率。
利用紅外測(cè)溫儀和常規(guī)的電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)量一組ΔTs～fs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出單元諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的溫度漂移系數(shù)βsp。
建立揚(yáng)聲器單元內(nèi)部熱耗散通路的集總參數(shù)類(lèi)比電路如圖1，將定心支片及其附近空氣看作等溫，于是單元內(nèi)部達(dá)到熱平衡時(shí)定心支片表面溫度與音圈溫度的比值僅與音圈振幅和速度有關(guān)ΔTsΔTc=Rts(x)Rts(x)+Rtc(v)=Rts1(x)||Rts2Rts1(x)||Rts2+Rtc1(v)||Rtc2=λsc(x,v)]]>對(duì)于大小固定、頻譜成分固定的重放信號(hào)，λsc(x，v)是常數(shù)，利用直流附加電路和紅外測(cè)溫儀測(cè)量一組ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出λsc(x，v)。
進(jìn)而可推導(dǎo)出單元諧振頻率隨音圈溫度變化的公式、即本發(fā)明所依據(jù)的揚(yáng)聲器單元諧振頻率隨音圈溫度變化的溫度漂移公式
fs=fs01+βspλsc(x,v)ΔTc]]>于是根據(jù)以上的兩個(gè)揚(yáng)聲器單元諧振頻率fs的溫度漂移公式和已知的fs0，βsp，λsc(x，v)，即可預(yù)測(cè)不同的音圈溫度和定心支片表面溫度下的諧振頻率。
本發(fā)明的特點(diǎn)是根據(jù)揚(yáng)聲器單元諧振頻率的溫度漂移公式，用常規(guī)的測(cè)溫設(shè)備和電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)定諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的溫度漂移特性，計(jì)算出諧振頻率隨音圈溫度變化的溫度漂移特性，進(jìn)而可預(yù)測(cè)單元內(nèi)部不同工作溫度(音圈溫度和定心支片表面溫度)下諧振頻率的變化情況，方便快捷。能計(jì)算預(yù)測(cè)不同音圈溫度和定心支片表面溫度下的諧振頻率。對(duì)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)制造和質(zhì)量控制及大功率的工作狀況和條件控制均極有意義。
本發(fā)明提出了揚(yáng)聲器單元工作于大功率條件下時(shí)諧振頻率的溫度漂移現(xiàn)象及其模型公式，給出了利用常規(guī)的測(cè)溫設(shè)備和電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)定并預(yù)測(cè)諧振頻率隨音圈溫度和定心支片表面溫度變化規(guī)律的方法。
四

圖1本發(fā)明為推算定心支片表面溫度與音圈溫度的關(guān)系式而建立的揚(yáng)聲器單元內(nèi)部熱耗散通路的集總參數(shù)類(lèi)比電路。圖中Pre為音圈的熱功率，Ped為渦流熱效應(yīng)所對(duì)應(yīng)的熱功率，Rtv，Rtm分別為音圈到磁體和磁體到周?chē)諝獾目偀嶙?，Ctv，Ctm，Cts分別為音圈、磁體和定心支片的總熱容，ΔTc，ΔTm，ΔTs分別為音圈、磁體和定心支片變化的溫度，Ta為環(huán)境溫度，Rtc1(v)，Rtc2分別是音圈到定心支片的強(qiáng)迫對(duì)流散熱和傳導(dǎo)、輻射散熱所對(duì)應(yīng)的熱阻，Rts1(x)，Rts2分別是定心支片到周?chē)諝獾膹?qiáng)迫對(duì)流散熱和傳導(dǎo)、輻射散熱所對(duì)應(yīng)的熱阻；圖2用本發(fā)明方法擬合的揚(yáng)聲器單元諧振頻率隨定心支片表面溫度的變化曲線ΔTs～fs及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(a)全頻帶揚(yáng)聲器單元a；(b)低音揚(yáng)聲器單元b；圖3用本發(fā)明方法擬合的揚(yáng)聲器單元定心支片表面溫度與音圈溫度的關(guān)系曲線ΔTc～ΔTs及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(a)全頻帶揚(yáng)聲器單元a；(b)低音揚(yáng)聲器單元b；圖4直流附加電路圖，用于與紅外測(cè)溫儀一道測(cè)量單元a、b的ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)五具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例用本發(fā)明實(shí)際測(cè)量了兩只不同尺寸的揚(yáng)聲器單元大功率條件下時(shí)諧振頻率的溫度漂移特性，單元a為長(zhǎng)方形全頻帶揚(yáng)聲器(14cm×4cm)，單元b為直徑16cm的低音揚(yáng)聲器。
首先利用常規(guī)的電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)得單元a、b在環(huán)境溫度下重放小信號(hào)時(shí)的諧振頻率fs0，見(jiàn)表1。
再利用紅外測(cè)溫儀和常規(guī)的電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)量單元a、b的ΔTs～fs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出單元a、b的諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的溫度漂移系數(shù)βsp，見(jiàn)表1。實(shí)測(cè)ΔTs～fs數(shù)據(jù)和擬合曲線如圖2所示。
再利用直流附加電路和紅外測(cè)溫儀測(cè)量單元a、b的ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出單元a、b在此重放信號(hào)下的定心支片表面溫度與音圈溫度的比例系數(shù)λsc(x，v)，見(jiàn)表1。實(shí)測(cè)ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)和擬合曲線如圖3所示。
圖4所示對(duì)于大小固定、頻譜成分固定的重放信號(hào)，λsc(x，v)是常數(shù)，利用直流附加電路和紅外測(cè)溫儀測(cè)量一組ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出λsc(x，v)。
表1大功率條件下?lián)P聲器單元諧振頻率溫度漂移特性的相關(guān)參數(shù)

于是可預(yù)測(cè)揚(yáng)聲器單元大功率工作條件下諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的漂移特性單元afs=189.21-0.0022ΔTs]]>單元bfs=581-0.0061ΔTs]]>以及揚(yáng)聲器單元大功率工作條件下諧振頻率隨音圈溫度變化的漂移特性單元afs=189.21-7.26×10-3ΔTc]]>單元bfs=581-6.77×10-3ΔTc]]>
權(quán)利要求
1.揚(yáng)聲器單元大功率工作時(shí)諧振頻率溫度漂移特性的測(cè)定方法，根據(jù)揚(yáng)聲器單元諧振頻率的溫度漂移公式，用常規(guī)的測(cè)溫儀器檢測(cè)定心支片表面溫度和用電聲頻率和功率測(cè)量?jī)x器測(cè)定諧振頻率隨定心支片表面和音圈溫度變化的溫度漂移特性，擬合計(jì)算出諧振頻率隨定心支片表面溫度和音圈溫度變化的溫度漂移系數(shù)，獲得諧振頻率隨音圈溫度變化的溫度漂移特性，進(jìn)而可預(yù)測(cè)不同音圈溫度和定心支片表面溫度下的諧振頻率，所依據(jù)的揚(yáng)聲器單元諧振頻率隨上述定心支片表面溫度變化的溫度漂移公式fs=fs01+βspΔTs,]]>利用紅外測(cè)溫儀和常規(guī)的電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)量一組ΔTs～fs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出單元諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的溫度漂移系數(shù)βsp；所依據(jù)的單元諧振頻率隨音圈溫度變化的公式為fs=fs01+βspλsc(x,v)ΔTc,]]>對(duì)于大小固定、頻譜成分固定的重放信號(hào)，λsc(x，v)是常數(shù)，利用直流附加電路和紅外測(cè)溫儀測(cè)量一組ΔTc～ΔTs數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算即可得出λsc(x，v)。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)定揚(yáng)聲器單元大功率工作條件下諧振頻率的溫度漂移特性的方法，利用測(cè)量、計(jì)算后得出的溫度漂移系數(shù)和在環(huán)境溫度下重放小信號(hào)時(shí)測(cè)得的諧振頻率計(jì)算預(yù)測(cè)不同定心支片表面溫度和音圈溫度下的揚(yáng)聲器單元諧振頻率。
全文摘要
大功率工作時(shí)揚(yáng)聲器單元諧振頻率溫度漂移特性測(cè)定方法，通過(guò)揚(yáng)聲器單元工作于大功率條件下時(shí)諧振頻率的溫度漂移公式，并通過(guò)用集總參數(shù)類(lèi)比電路描述揚(yáng)聲器單元內(nèi)部的熱耗散通路，給出了單元中定心支片表面溫度與音圈溫度的關(guān)系公式，從而推導(dǎo)出諧振頻率隨音圈溫度變化的公式；用常規(guī)的測(cè)溫設(shè)備和電聲測(cè)量?jī)x器測(cè)定諧振頻率隨定心支片表面溫度變化的溫度漂移特性，計(jì)算出諧振頻率隨音圈溫度變化的溫度漂移特性，進(jìn)而可預(yù)測(cè)不同音圈溫度和定心支片表面溫度下的諧振頻率。涉及揚(yáng)聲器單元諧振頻率溫度漂移特性的模型公式、測(cè)定與預(yù)測(cè)。本發(fā)明測(cè)定揚(yáng)聲器單元諧振頻率的溫度漂移特性，并據(jù)此預(yù)測(cè)音圈溫度和定心支片表面溫度變化時(shí)的諧振頻率漂移。
文檔編號(hào)H04R29/00GK1767696SQ20051009451
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者沈勇, 鄔寧, 徐小兵 申請(qǐng)人:南京大學(xué)